一種用于甲醛氣體凈化的纖維催化材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于甲醛氣體凈化的纖維催化材料及其制備方法，所述催化劑外觀呈無紡布狀，由鹽酸羥胺改性的聚丙烯腈無紡布與鐵離子反應后形成，其中鐵離子含量為15-270mg/g。制備方法包括：采用鹽酸羥胺對聚丙烯腈無紡布進行改性處理，然后將改性聚丙烯腈無紡布與氯化鐵的水溶液進行反應，使鐵離子通過配位作用負載于聚丙烯腈無紡布上得到用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料。本發(fā)明催化材料適用于空氣凈化系統(tǒng)中核心部分的纖維基濾材，與傳統(tǒng)的納米TiO2催化劑相比具有可見光吸收強、制備成本低和易于回收利用等優(yōu)點，因而具有潛在的應用價值。
【專利說明】一種用于甲醛氣體凈化的纖維催化材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化【技術領域】，具體為一種用于甲醛等有毒有害氣體凈化領域的纖維催化材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]以納米T12為代表的光催化氧化技術，能夠產生氧化能力極強的羥基自由基來徹底去除有毒有害物質，從而成為最具應用前景的空氣凈化技術。但是納米T12光催化降解有毒有害氣體的應用仍然存在兩個重要的問題:(I)T12帶隙較寬，僅能吸收利用只占太陽光中3-5%的紫外光，盡管通過元素摻雜等手段可以使其吸收波譜紅移，但其仍具有制備過程復雜和可見光利用率低等不足；(2)納米T12粉體應用后難以回收利用，將其負載于其他材料則存在與載體相容性差的特點，易造成固著牢度低以及負載后活性降低等問題。
[0003]聚丙烯腈纖維能夠通過改性和配位作用制備基于高級氧化技術的光催化材料，其作用原理與納米T12體系類似，也是通過產生羥基自由基對污染物進行分解。與納米T12M料相比，聚丙烯腈纖維催化材料在空氣凈化中的應用具有如下優(yōu)勢:(I)在可見光區(qū)有明顯吸收，能夠有效利用太陽光催化污染物分解；(2)制備成本低、反應簡單，易于回收利用而且催化活性中心與纖維載體結合牢固。文獻[Ishtchenko VV, Huddersman KD,Vitkovskaya RFiAppl Catal A，2003，242，123 ;Dong YC,Han ZB,Liu CY,Du F，Sci TotalEnviron, 2010,408, 2245]和專利[董永春，韓振邦，杜芳，劉春燕，專利號CN101362102A]報道了聚丙烯腈纖維負載鐵配合物的制備方法及其光催化性能，但其主要應用于印染廢水的處理方面，未涉及甲醛等有毒有害氣體污染物的去除領域，而且使用的纖維催化材料呈紗線型，存在機械性能、過濾性和耐久性較差等不足，抑制了其在空氣凈化過濾材料領域中的工業(yè)化應用。


【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明擬提供一種能夠工業(yè)化生產和應用于甲醛等有毒有害氣體凈化領域的光催化劑，該催化劑具有制備方法簡單、成本低、機械性能好和光催化效率高等特點。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案，是以適合用作濾材的聚丙烯腈無紡布作為負載材料，通過對其進行化學改性引入功能基團，然后再與鐵離子進行配位作用制備聚丙烯腈無紡布的鐵配合物催化劑，具體步驟為:
[0006]I)將精確稱量的1.0g聚丙烯腈無紡布放入40ml濃度為18_54g/L的鹽酸羥胺溶液中，調節(jié)PH值至6.0，在85°C和攪拌條件下反應30-150min，然后取出并用蒸餾水反復清洗烘干后得到改性聚丙烯腈無紡布。
[0007]2)稱取1.0g改性聚丙烯腈無紡布置于50ml濃度為0.02-0.lmol/L的氯化鐵水溶液中，在50-80°C和攪拌條件下進行配位反應，120min后取出并用蒸餾水反復洗滌后烘干，得到改性聚丙烯腈無紡布鐵配合物即為用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料。
[0008]本發(fā)明的特點是使用具有優(yōu)異過濾性能的聚丙烯腈無紡布代替聚丙烯腈紗線作為鐵離子的載體，然后通過改性反應和配位作用制備纖維材料催化劑。聚丙烯腈無紡材料具有優(yōu)異的柔軟性、耐久性、過濾性和機械性能，大大的增強了其作為光催化材料的實用性。該催化材料實現(xiàn)了聚丙烯腈纖維光催化劑在甲醛等有毒有害氣體凈化領域的應用，而且與納米T12體系相比具有對可見光利用率高和易于回收利用等優(yōu)點，在空氣凈化領域尤其是纖維基濾材方面具有十分重要的應用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明中所述催化材料的兩種實施例與聚丙烯腈無紡布的紫外可見吸收光譜比較。
[0010]圖2為本發(fā)明中所述催化材料的兩種實施例與聚丙烯腈無紡布對甲醛氣體氧化降解的光催化活性比較(測試條件:甲醛氣體濃度:20mg/m3，催化材料:10g/m3，可見光強度:4.96mff/cm2)

【具體實施方式】
[0011]下面將結合實施例及附圖進一步闡明本發(fā)明的內容，但這些實施例并不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0012]實施例1:
[0013]I)選取厚度為1.5mm、克重為166g/m2、丙烯腈單體含量為86.52%的聚丙烯腈無紡布作為載體材料，精確稱量1.0g該無紡布放入40ml濃度為45g/L的鹽酸羥胺溶液中，調節(jié)pH值至6.0，在85°C和攪拌條件下反應150min，然后取出并用蒸餾水反復清洗烘干后得到改性聚丙烯腈無紡布。
[0014]2)稱取1.0g改性聚丙烯腈無紡布置于50ml濃度為0.02mol/L的氯化鐵水溶液中，在50°C和攪拌條件下進行配位反應，120min后取出并用蒸餾水反復洗滌后烘干，得到第一種聚丙烯腈無紡布鐵配合物催化材料。
[0015]使用原子吸收法測定改性聚丙烯腈無紡布與氯化鐵溶液反應前后溶液中鐵離子濃度的變化，依此計算出催化材料上鐵離子含量為27mg/g。
[0016]實施例2:
[0017]將實施例1步驟2中氯化鐵濃度調整為0.lmol/L，其余同實施例1，得到第二種聚丙烯腈無紡布鐵配合物催化材料。經測定和計算，其鐵離子含量為118mg/g。
[0018]使用Thermo Scientific Evolut1n220紫外可見分光光度計測定兩種實施例和聚丙烯腈無紡布在200-800nm范圍的吸收光譜，結果見圖1所示。聚丙烯腈無紡布的光吸收區(qū)域主要集中在200-400nm的紫外區(qū)，而兩種實施例在400_800nm可見光區(qū)均出現(xiàn)明顯的吸收帶，而且鐵離子含量較高的實施例2顯示出更高的吸收強度。這種吸收峰主要是由于Fe3+的d-d電子躍遷以及催化材料中配體向Fe3+的荷移(LMCT)作用所致，為該催化材料有效利用可見光構建更強光催化體系提供了條件。
[0019]催化活性的測試在密封反應器中進行，甲醛氣體是通過其水溶液在70°C條件下氣化得到，實驗光源使用100W的高壓汞燈，并使用濾光片過濾紫外光部分，以確保輻射到催化材料上的全是可見光。使用化學分析法測試體系的甲醛氣體濃度，首先使用蒸餾水吸收反應后甲醛氣體，并使其與乙酰丙酮進行反應，然后通過分光光度法分析甲醛氣體濃度變化。圖2顯示，聚丙烯腈無紡布存在時，甲醛氣體的降解率隨著時間的延長有所增加，這應該是由無紡布對氣體的物理吸附作用所造成的。重要的是，兩種實施例存在時，甲醛氣體的降解率隨著時間的延長不斷增加，反應SOmin后降解率分別達到50%和80%，說明甲醛氣體發(fā)生了明顯的降解反應。在該體系中，聚丙烯腈無紡布鐵配合物能夠催化空氣中的水分子和氧分子發(fā)生分解，產生強氧化性的羥基自由基，后者氧化甲醛分子使其發(fā)生降解反應。實施例2顯示出比實施例1更高的光催化活性，說明鐵離子含量的增加有利于催化材料光催化效率的提高。
【權利要求】
1.一種用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料，其特征在于該催化劑呈無紡布狀，由鹽酸羥胺改性的聚丙烯腈無紡布與鐵離子構成，其中鐵離子含量為15-270mg/g。
2.根據權利要求1所述的用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料，其特征在于選取聚丙烯腈無紡布作為載體材料，其規(guī)格為:厚度1.0-2.5mm，克重100-250g/m2，丙烯腈單體含量85-90%。
3.—種如權利要求1所述的用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料的制備方法，其特征在于，具有如下步驟: 1)將精確稱量的1.0g聚丙烯腈無紡布放入40ml濃度為18-54g/L的鹽酸羥胺溶液中，調節(jié)PH值至6.0，在85°C和攪拌條件下反應30-150min，然后取出并用蒸餾水反復清洗烘干后得到改性聚丙烯腈無紡布。 2)稱取1.0g改性聚丙烯腈無紡布置于50ml濃度為0.02-0.lmol/L的氯化鐵水溶液中，在50-80°C和攪拌條件下進行配位反應，120min后取出并用蒸餾水反復洗滌后烘干，得到改性聚丙烯腈無紡布鐵配合物即為用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料。
【文檔編號】B01J31/28GK104437657SQ201410814154
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權日:2014年12月24日
【發(fā)明者】韓振邦, 趙曉明, 韓旭, 許航 申請人:天津工業(yè)大學